旭隆金属谈钛管件的生产工艺和标准规范

最后更新 :2021.06.19

钛管道输送的均为易燃易爆有毒及腐蚀性严重的介质,存在着很大的不安全性,所以,对钛管件的要求更高。目前在我国,钛管道已广泛应用在化工、石化、制药、海洋工程等工业中。应用在腐蚀严重的介质中较多,如离子膜法烧碱、环氧丙烷工程、还有甲酸、醋酸、及甲烷氯化物等工程项目中均采用钛管道输送介质,解决管道腐蚀问题。

1、钛管件生产工艺的比较

我国70年代开始在民用工业的化工系统中使用钛材,钛管道的寿命取决于管件,尤其钛管件的标准化更为重要。

1.1 常用钛对焊管件的型式如图1、2、3所示。

常用钛对焊管件的型式

我国钛管道使用初期国内没有厂家生产标准的钛管件,不得不使人们采用多焊缝式(俗称“虾米腰”式)钛弯头见图4,它的加工工艺繁杂。通常采用将管切成多段斜口、焊接而成或板金下成多节叶形展开料,再卷制焊接,焊缝量大。由于焊接处的几何形状不连续,将产生较高的应力集中,因此,对这种管件的工作压力和工作温度必须作出严格的规定。焊缝 会大大降低耐蚀性、易泄漏、且外观欠佳,内表面为折面而增大了管道传输阻力和背部的焊缝受到严重的冲刷腐蚀而降低了寿命。

异径管

虾米腰式钛弯头

1.2 焊接三通

三通如图5采取在直管道上开孔,将支路直接管焊接而成,因钛材的加工性能不如其它材料,焊接处的相贯线的加工也是相当困难的[3]。更为重要的是,焊缝处产生直角,一是严重的影响着介质的流导,增大了管道的传输阻力,二是相贯线的曲线焊接困难.三是直角部位的冲刷腐蚀增大,使直角部位早损。

焊接直角三通

1.3 压片焊接式钛弯头

为了改善多焊缝钛弯头的缺陷,采用压半片焊接式钛弯头。它与多缝“虾米腰”式相比,焊缝相应少些,且焊缝没有迎面受到冲刷腐蚀,而顺向受冲刷,因而耐腐情况要好一些。

1.4 铸造式弯头

人们企图甩掉焊缝,研制出无缝钛弯头,产生了铸造式弯头,虽说以无缝弯头而出现,但壁厚(至少5mm)与管道壁厚(2mm)不能匹配,而且表面光洁度差,而增加传输阻力。更为重要的是内部存在着大量由铸造产生的气孔等缺陷,严重影响耐蚀性及寿命,不适合对焊式钛管道的使用,大多应用在小直径的承播式管件,此种工艺生产的钛管件成本高、得不到使用者的认可。

1.5 冲制钛弯头

有人利用冲压方法冲制钛弯头,外表看来是乎达到标准要求,但从实质来看,该加工工艺是将(见图6)管坯在冲床上冲压模中冲压成型,成型过程中将弯头的背部受拉,迫使背部拉簿,腹部管壁受压而增厚造成壁厚不均匀或打皱。且使用过程中因弯头背部承受冲刷腐蚀(见图1),由于背部壁减薄,所以背部会产生早损。壁厚难以保证,其耐压和寿命都达不到标准中的壁厚公差要求,尽量不使用此种工艺生产的钛弯头。

1.6 推挤工艺

弯头推挤工艺是在八十年代中、后期由日本引入我国的一项钢制弯头生产新技术。由于该工艺可实现连续性生产,并且生产的弯头壁厚均匀一致,因而它迅速取代了传统工艺 [4]。西北有色金属研究院在九十的代初率先将这一新技术成功的开发研制出了推挤无缝钛弯头。相继又研制出无缝钛三通、无缝异径管等无缝钛管件产品[5],无缝管件的最大直径可达φ219,并达到了ASTM B363—95标准 要求。

推制钛弯头的加工是以无缝钛管作为坯料,在专用推制挤压机上采用管径小于成品管径的坯料推制挤压成型,如图7成形模固定在主机上不动,有一定活动推力推动管坯从右方向左方前进,坯料在成型模时,受到加热及保护,成型过程中管坯受到扩涨,对成型过程中受力分析表明,其不同部位的受力大小是不同的,但都是二向受压,一向受拉,即轴向 受压、径向受压、周向受拉。整个成型时的变形主要发生在下部(见图8)。坏料上画上均匀网格,成型中可观察到弯头背部成型时方格变化不大,到腹部变形越严重,网格在周向被拉长,轴向被压缩,而网格总面积不变,表明厚度方向上没有明显变化。

钛弯头成型受力图

2、我国钛管件标准和规范

钛管件标准最早出现于美国宇航标准中,化工行业的钛管件在国际上能查到的唯一标准是ASTM B363[5]。它也是钛管件国际贸易中常遵循的文件,ASTM B363建立于1961年,第一次修改在1978年.以后又多次修改(如83年,87年)最近版本是1995年.使标准比较完善了。

我国在1994年由西北有色金属研究院出台了企业标准Q/XB1507—94《钛制对焊无缝管件》。受到了设计部门的热忱欢迎,该标准的出台代表我国钛管件标准化的起步。

为了使标准能更好地指导我国钛管件的标准化生产、设计选用、采购经销、安装施工,国家石油和化学工业局于1999年7月13日发布了钛制对焊无缝管件的行业标准,此标准由西北有色金属研究院起草,标准号为HG/T3651—1999,已于2000年6月1日起实施。该标准所规定的管件尺寸公差与美国国家标准ANSI B16.9—1986锻钢对焊用管件和我国 国家标准GB12459—90钢制对焊无缝管件等同,管件的要求和成品管件材料性能及管件表面质量与美国材料试验协会标准ASTM B363—95无缝及有缝钛合金对焊用管件等同。

3、结论

(1)为了保证管道的寿命,钛管件应首选无缝管件,弯头应尽量选择推制工艺生产.可以保证壁厚均匀,表面光滑无阻。

(2)应杜绝选择虾米腰式弯头和在管道中直接焊直管的三通,此方法连接的钛管道会严重影响钛管道的寿命。

(3)钛管件已有我国行业标准HG/T3651—1999,设计、采购、施工应按标准执行。

参考文献

1)石玉峰,钛技术与应用,陕西科学技术出版社出版1989.12

2)徐思浩,《化工设备与管道)2001.4

3)黄健,焊接1996.12

4)支左,机械工程师1996.1

5)戴卫红,段文森<中国化工>中国专利出版社出版1998.11 

6)美国材料及试验协会标准。ASTM B363—95

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